陳音:謝謝張主席,各位女士們、先生們大家上午好。
這個題目有點爭議,很有意思,我今天早上坐高鐵到天津,下了車乘出租到會場,出租車司機師傅到了會場一看題目地源熱泵的高層論壇,他說“你們這些開發(fā)商禍害完了地上又禍害地下”,說明老百姓對于地源熱泵怎么回事還不太清楚。這個在北方采暖地區(qū)已經(jīng)是非常成熟的技術,在寒冷地區(qū)地源熱泵供暖,也包括供冷是非常成熟的。這個是北京700孔的地源熱泵,給23萬平米的公共建筑和居住建筑供暖、供冷、供熱水,這個節(jié)能效果非常高,這是已經(jīng)非常成熟了。
但是夏熱冬冷地區(qū),這個氣候帶涵蓋了中國的4.5億人口,整個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達水平比較高,但是居住建筑的熱舒適度標準相應比北方更低,因為夏季是用戶自己解決室內的舒適度,冬天沒有采暖,也是靠客戶自己解決,所以濕度沒有辦法控制?,F(xiàn)在看大批建設的商品住宅,這批住宅的舒適度是比較差的。
夏熱冬冷,但傳統(tǒng)上沒有供暖系統(tǒng),居民依靠電熱器或熱泵空調供暖,這種不僅是供暖還是供熱,實際上匹配度并不佳,建筑能耗越來越大,過去在夏季用電高峰,現(xiàn)在冬季也出現(xiàn)了。而且自己安裝的空調,冬季失火的情況很嚴重。
人民日報有一個調查,就是南方究竟有多冷?包括南昌、長沙、武漢等一些城市,室外是1度,室內是4度,這個是非常難受,長沙是室外是3度,室內是8度。南昌有一個項目,每平方米采暖費用5元錢,老百姓用了非常舒適,而且能夠保證能源開支,也請各位專家呼吁一下,因為地源熱泵集中供暖電費是按照公建來收費的,這個很不合理,自己家里裝空調就是居民用電,但是家家戶戶變成更高效的熱泵系統(tǒng)就是公建標準,從五毛錢變成了八毛錢,但是運行起來是比較吃虧的。
我們通過一個具體的例子,剛才說的南昌,長沙的項目是更有代表性,這個是在當代長沙市建設的一個項目,是一個120萬平方米的大型居住社區(qū),分期建設,在這個項目上,大面積的應用地源熱泵,供應生活熱水,但是供暖和供冷和生活熱水是不太一樣,而且是有爭議的。在南方城市里面采用集中的,或者區(qū)域性的供暖,是不是合適的措施,可能專家非常反對這種做法,集中供暖又有集中和調節(jié)的問題,而且消耗的能源更多,但是當代仔細研究過這些問題之后,還是有自己對南方城市的居住熱舒適度。
把第二期拿出來,第二期運行了兩年的時間,直接都是現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)。第二期的情況是9棟住宅樓,建筑面積18.76萬平米,設計綜合節(jié)能率65%,臨街有1萬平米的商業(yè)用房。我們設計要求節(jié)能欲望更高,因為這一個區(qū)域集中供暖,如果建筑節(jié)能不夠,供暖費用會比較高,而且傳統(tǒng)上夏熱冬冷的地區(qū)是不供暖的,要求老百姓每年拿出取暖費,這個是要有一些說服力的數(shù)據(jù)。第二期臨街的商業(yè)用房,冬天有供暖,夏天有空調的情況。
總體上來講,當代希望在這樣的區(qū)域采用高效率的建筑能源系統(tǒng),這個核心就是基于地源熱泵供暖,包括供冷、生活用水,這個是非常典型的低品位能源,采用熱泵形式是最有效的方式,地源熱泵基本上不受季候條件的影響,所以全年都能夠高效運轉。所以當代公司有一個戰(zhàn)略,就是要在所有夏熱冬冷地區(qū)調控設備,這個調控設備可能是燃氣鍋爐,也可能是其他的形式,因為單獨用地源熱泵需要鉆孔,需要的區(qū)域太大了,用這樣的形式,住宅的項目,包括獨立公建項目提供采暖和生活用水。
在這樣的供熱系統(tǒng),當代一直采用定制的熱泵技術,以此來達到更高的能效系數(shù),要求我們熱泵的采暖期的溫度是31到32度,在制冷季節(jié)如果有除濕的要求,如果僅僅是調節(jié)顯熱,初使溫度,這個熱泵機組在冬季為住宅供暖,水溫只要31到32度,而且熱泵機組全年的生活用水,這個保證到用水點,熱泵機組的越低,效果就越高,雖然住宅設計規(guī)范有要求,出水點和45度也沒有問題,采用全熱回收型的熱泵機組,這樣在生活用水的時候,特別是夏季冷凝器的冷量是免費的。所以這種免費的冷,就為居住建筑,或者公共建筑提供制冷,我們在普通住宅里面,夏季的冷是免費的,但是能夠給建筑降溫。
然后社區(qū)商業(yè)會所等等,住宅由地下的免費的降溫,同時由于在夏季給住宅的輔助降溫,所以就可以恢復地溫,為下一個冬季提供條件。因為幾次專業(yè)會上,我都聽到鄭教授提到,關于地下溫度平衡的問題,這個有很多的爭議,有說是嚴重的,也有人說沒有那么嚴重,其實當代是這樣,雖然一共規(guī)模很大,這樣已經(jīng)超過了兩百萬平米,在九江、武漢先頭開發(fā)的超過兩百萬,我們當代有一個定性的分析,通過時機運行,通過運行策略的調整,保證地下達到合理的變化范圍。
我們看第二期地源熱泵的施工情況,第二期有地下?lián)Q熱孔1000孔,分為兩個區(qū)域,每個區(qū)域是500孔,分別給住宅的高區(qū)和低區(qū),有效深埋80米,打孔深度是90米到100米,因為接近地表換熱效果比較低。
當我們比較大的,千孔就是比較重視的事情,而且我們希望在冬季和夏季的變化,能夠實現(xiàn)一種跨季節(jié)的可能性,和地下受埋管的體積有200萬立方米,跟周圍的巖土進行了交換,不光是直接的傳熱,這個其實很小,但是地下水的流動會產(chǎn)生換熱,在埋孔的下方有大量的熱流的影響,大體積的地下要控制熱泵的取熱,來實現(xiàn)地下的熱平衡。我們還希望利用地下巖土的作用,利用冬季運行的降溫,然后這種溫度下降,會保持很長時間,我們希望夏天免費供冷。
從初始到恒定19度溫度,如果正常運行是線波的情況,而且我們在地下也埋了很多的測溫的裝置,不同的深度,不同的區(qū)域,但是很可惜,傳感器不太靈,測的數(shù)據(jù)不是很準,今年的2月、4月、6月,我們測的是地下水循環(huán)上來的水溫,2月份是3.9度,顯然冬季采暖還是較低的。在4月17日測的時候,14.4度,過了一個月溫度上升了0.5度,所以地溫是緩慢的恢復,如果夏季沒有制冷,這個不可能恢復到初始的溫度,我們利用比較低的地溫,控制平衡。
這個是初始的,在1月份的時候,實際上是從夏季開始運行,地上是高于夏季溫度,但是由于地埋管的因素,所以有很多錐形的變化,因為溫差比較大,換熱量比較大,溫差小,換熱量就相對比較小,但是計算機模擬是不是真正反映出大地基地下巖土的情況,這個也還不是很清楚。
采暖期結束之后,地下達到最低點,巖土都降下來了,等于利用了整個地下200萬里立方米的土壤,包括蓄熱的能量和建筑的供暖達到最低。制冷劑的初期,6月份地溫上升,實際上在管壁周邊的溫度上來了,由于換熱的結果,管和管有五米的間距,離更遠的土壤還沒有完全上來。但是當了制冷劑的結束,地溫達到峰值,所以我們覺得像這種群裝的效應,應該是跨季節(jié)成為可能性,是有可能做這件事情,我們實際上比較粗略的分析,是一種計算機的模擬,實際上并不一定能夠反映出土壤的實際情況。
第二就是這種設計,我們做這種東西還是要希望非常高效率的節(jié)能運行,所以要用被動設計和末端系統(tǒng)實行節(jié)能,在夏熱冬冷地區(qū),住宅的節(jié)能標準是50%,像南昌是62%,長沙項目做的65%,首先還是要強調被動設計,被動設計包括冬季保溫,夏季的隔熱,還有外窗的遮陽等等。
還有重要的因素,就是高效的末端系統(tǒng),如果是散熱器采暖,消耗太大。但是如果是熱泵系統(tǒng),我們用低溫供暖,用相對溫度比較高的制冷,我們用結構輻射的形式采暖,我們看結構設計的供暖指標會由原來88瓦優(yōu)化之后改為21瓦,全年8760個小時的分析和計算。
能夠更高效率的實現(xiàn)熱泵的運行,就是這樣的方式水溫是32度到35度,根據(jù)實際運行的經(jīng)驗,只要不是極寒的天氣,個別時候大多數(shù)時間供暖水溫28、29度就可以了,把通水的管彎曲,包括天花板都變成輻射體,雖然密度低,但是由于輻射力很大,所以能夠保證室內的采暖,這也是非常高的熱舒適度,溫差不到10度,因為室溫是18度,采暖水就是29度,而且溫度非常均勻,我們也是用紅外照相機看的情況。
夏季有可能利用20度的地下巖土,因為其他的形式,20度的水溫效果很低。
我們看這是實測的,運行的長沙第二期項目,采暖能效達到5.19,這個是系統(tǒng)的,還是系統(tǒng)的。而且輸配效率非常高,我們能做到60%+,就是每單位功率的輸送熱量,所以是整體的效率。
然后第三就是剛才說過的,夏季利用地下免費供冷,而且能夠恢復地下溫度,原理其實很簡單,經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng),經(jīng)過換熱,通過末端系統(tǒng),送到室內的結構降低室內溫度,這個供水溫度包括地源和末端側,這個還不夠低,因為在結構樓板上輻射的方式,一定要降溫水的水溫。
冬季的供熱量大概230千瓦,而免費的供冷通過兩個循環(huán)泵提供110千瓦,供冷的面積,單位建筑量大概18瓦,這個是非常好的結果,每平米免費冷的系統(tǒng)效率CUP,40千瓦的水泵,在系統(tǒng)的CUP是26.7%,這個熱泵是很難做這么高的。
測試房間能夠看到,最上面波動比較大的曲線,第二條曲線是官方的室內溫度,最下面就是把降溫的水通到樓板里面去,溫度降到1.5到2.4度,好像溫度在現(xiàn)在,特別是今年夏天有史以來的酷熱。但是有了一度到兩度的降溫,這時候家用空調啟動的時候能耗和需要的功率大大降低,我們計算一下,白天有很多陽光進來,節(jié)能能夠達到30%-34%,家里的空調機組最重要是達到舒適溫度,第二就是除濕,所以輔助制冷的概念是免費的,其實現(xiàn)在通過幾個項目,從實驗到大面積的實際運行,現(xiàn)在看也是基本成功的。
做一個簡單的總結,首先夏熱冬冷建筑都應該有采暖措施,隨著生活水平提高這個不但是舒適的需求,也是居住衛(wèi)生健康的要求,因為夏季低溫也是非常不利的。
鑒于這一地區(qū)的民眾冬季都已普遍使用各種取暖設備,所以在傳統(tǒng)非采暖地區(qū),建設集中供暖住宅與國家節(jié)能減排的政策并無矛盾,夏熱冬冷地區(qū)集中供暖可以減少能耗,技術還是有很多的辦法來解決。被動優(yōu)先在任何建筑項目都是非常重要的,因為只有建筑能耗本身降低了以后,你比較復雜的地源熱泵,或者是輻射末端才能夠合理的應用,而且才能夠降低采暖成本,地埋管的數(shù)量也可以大幅度減少,被動的技術仍然是建筑節(jié)能的首選。
第四穩(wěn)定高效的地源熱泵系統(tǒng)能夠為住宅建筑提供安全所需的冷熱源和生活熱水,優(yōu)化設計的能源系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng),末端設備可以使能源利用率達到最優(yōu)。
熱泵系統(tǒng)制備生活熱水生活效率高,且能夠回收蒸發(fā)冷,是有推廣價值的技術。
熱水用的越少,你的單位每噸的成本就越高,因為只有一戶用,你的大系統(tǒng)也要工作和循環(huán),但是我們覺得,第一生活用水是居住品質的標準,沒有生活用水居住品質是很差的,集中生活用水系統(tǒng),衛(wèi)生條件,用水質量要比分散、分戶的高的多。
第三分戶的生活熱水系統(tǒng),這個是不應該用的,即使燃氣熱水器安全性、節(jié)能的效果也未必就能夠和集中競爭,如果集中的生物熱水系統(tǒng)做的好,是有可能實現(xiàn)居住建筑的高質量、高品質、低能耗的熱水供應,謝謝大家!
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